冶金多孔介质散料层分形结构计算机模拟

研究了计算机模拟多孔介质散料层分形结构的方法，用这种方法模拟了高炉散料层中焦炭和矿石床层的分形结构，模拟结果与实验结果基本一致．     

多孔介质传热传质分形理论初析

对分形理论在多孔介质传热传质过程中的应用进行了初步的分析,求出了基于分形理论的多孔介质固有渗透率和有效导热系数,建立了多孔介质渗流与导热的分形模型.     

多孔介质孔隙结构重构及水蒸气传递特性

采用随机生长法分别构造了各向同性、各向异性的孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的多孔介质,探索了在多孔介质孔隙率相同的情况下,微观孔隙结构对孔隙内湿传递过程的影响。结果表明：决定多孔介质内部输运特性的孔隙结构参数,除孔隙率以外,孔径分布和孔隙表面分形维数等参数对多孔介质孔隙中水蒸气扩散过程的影响显著;孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的3种各向同性和3种各向异性多孔介质的水蒸气扩散浓度最大差别分别为30.6%和23.3%;各向同性多孔介质的小孔分布率越大,孔隙表面分形维数越大,说明孔隙的连通性和水蒸气在多孔介质孔隙中的扩散性能越好;各向异性多孔介质（水蒸气扩散的方向垂直于其生长率较大的方向）的大孔分布率越大,孔隙表面分形维数越小,水蒸气在多孔介质孔隙中的传递性能越好。     

多孔介质有效导热系数的实验与模拟

应用实验与数值模拟相结合的方法研究了多孔介质的有效导热系数.将分形理论与孔道网络模型相结合的分形孔道网络模型用于研究多孔介质的有效导热系数,为太阳池储热、地源热泵传热、食品干燥等方面打下了基础.模拟计算结果与实验结果吻合较好,证明了分形孔道网络模型适用于计算多孔介质的有效导热系数.研究了孔喉比、配位数、垂直热流方向喉道比例、喉道长度、孔隙率、固体骨架导热系数(K.)及流体导热系数(Kf)等多方面对多孔介质有效导热系数的影响.结果表明,垂直热流方向喉道会增大多孔介质的热阻,降低多孔介质的有效导热系数.当K8大于Kf时,随着孔喉比的增大以及喉道长度的减小,多孔介质的有效导热系数越大.当平行热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的减小而增大;当垂直热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的增大而增大.     

具有分形特性的油藏渗流理论进展概述

近年来,由国外科学家在上世纪80年代创立的分形几何在诸多学科中已得到广泛应用.而今非线性分形理论逐渐被应用于油藏数值模拟中.国外科学家和油藏工程师最先在渗流力学中引入分形维数和分形指数来描述多孔介质及其孔缝的分形特征,打破了采用均质或拟均质假设处理方法近似反应裂缝型多孔介质性质的传统方法,进而产生了应用分形特性描述油藏的分形特征和非均质性的分形油藏理论.应用分形理论建立的油藏数值模型与经典模型相比,虽然分形油藏渗流模型较为复杂,但更能贴近自然、真实的油藏,能够更有效地反映实际油藏的复杂性.     

随机多孔介质中的不混溶驱替

对随机多孔介质中粘滞指进的分形性质进行研究,建立正方网格来模拟多孔介质中润湿流体的侵入和流动,运用决定论模型进行研究。结果表明,多孔介质的几何拓扑强烈地影响了粘滞指进的结构和驱替过程。粘滞指进图像扫及面积随着迭代次数n的增加而增大。增加迭代次数n和网格尺寸,会导致驱扫效率E的增大。     

双重分形多孔介质孔隙率的研究

根据双重分形多孔介质孔隙分布分形维数D与孔隙迂曲分形维数DT的定义和计算公式,推导了多孔介质孔隙率的计算公式.通过孔隙率计算公式的函数图像分析了双重分形维数D和DT的变化对孔隙率的影响,分析结果表明孔隙率随多孔介质双重分形维数D和DT的增加而增大;多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率增加的就越慢;当D＋DT〈3时,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率就越大,但当D＋DT〉3时则相反,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率反而越小,D＋DT=3是特殊点,令D＋DT→3时的孔隙率极限值为它的孔隙率.     

多孔介质孔隙度问题的理论探讨

目的 研究在温度和孔隙水压力作用下,各向同性多孔介质材料孔隙度和损伤变量以及分形维数之间的理论关系.方法 基于Mori-Tanaka理论,建立了各向同性多孔介质材料的宏观损伤变量与细观孔隙度之间的联系,利用分形理论推导了各向同性多孔介质材料孔隙度和分形维数之间的关系式.结果 若已知初始时刻的孔隙度、温度和孔隙水压力等的变化情况,就可以求出各向同性多孔介质材料的损伤演化规律,以及孔隙度与分形维数之间的定量关系.结论 文中建立的在温度和孔隙水压力作用下,各向同性多孔介质材料的损伤演化规律以及孔隙度和分形维数之间的定量关系,对于多孔介质材料力学性质的研究具有重要的理论价值.     

松散煤体氧化放热强度测试方法研究’

依据多孔介质传热学理论,建立了松散煤体氧化放热强度理论计算模型,组建了煤自燃氧化放热强度实验测试系统,在测试煤体导热系数及比热等参数的基础上,分别测试了不同变质程度、不同粒度煤体的氧化放热强度．结果表明：氧化放热强度均随温度升高而增大,在60～70℃前缓慢上升,之后迅速增大,且与温度呈指数关系;变质程度越低、自燃倾向性越高的煤体,氧化放热强度越大,随动态吸氧量的增加而增大;相同温度下,煤体粒度越大,其氧化放热强度越小．通过实验证明该测试系统研究结果准确可靠,实现了快速测试的目标．     

基于分形理论的骨支架微观形态建模

骨支架微观结构数学模型表达式的缺乏,制约着人工骨在数值仿真方面的研究和进展。文章基于分形数学理论和图像处理技术深入研究骨支架的微观形态,建立了骨支架多孔介质分形维数、孔隙率、渗透率和比表面积的数学模型;通过分形软件和图像处理试验计算医用异体骨的分形维数、孔隙率并根据密度法试验证明该方法行之有效,随之得出渗透率和比表面积数值。结果表明,基于分形理论的多孔介质数学模型可以应用于人工骨支架的数值分析研究,能够为人工骨多孔支架设计和多场耦合分析研究提供微观孔结构的理论指导,还可为骨支架多物理场耦合有限元分析提供基础参数解析表达式和广义有效弹性模量计算理论。     

基于孔隙分形几何的生物质型煤固硫性能研究

鉴于以往对生物质型煤的固硫性能的研究多限于经典的脱硫剂硫化反应,应用压汞测孔法测量多种典型配比和两种典型孔隙系统的生物质型煤的孔隙特性。根据生物质型煤的孔径分布特征,建立孔隙分形结构模型,模拟相同分维的生物质型煤的孔隙率和比表面积;从孔隙分形结构的形核、生长的角度,探究生物质型煤的脱硫机理;进而得出生物质型煤分形结构存在的孔径范围,以及分维、均孔等分形几何参数与生物质质量分数的规律,最后,提出并解释了“人工分形体”概念,用以描述类似生物质型煤孔体系的孔结构。     

木材横纹有效导热系数的分形模型

提出了一个二维的分形模型来计算木材横纹有效导热系数.通过分析木材试样的扫描电镜照片，研究了木材横纹剖面的多孔结构特征，采用盒维数法计算了其分形维数.通过分析单一木材细胞的导热过程，采用热阻模拟方法分别推导了弦向和径向有效导热系数的表达式.实验得到各种木材的纤维多孔结构的分形维数约为1.4，由木材纤维孔隙率与分形维数的关系得到了有效导热系数随分形维数变化的表达式.利用分形模型对木材径向有效导热系数进行了计算，并与实验测量结果和文献中的数据进行了比较.结果表明，此分形模型可以对各种木材的横纹有效导热系数进行有效的预测，而且可以推广到不同含水率的情形.     

通孔泡沫材料与分形理论

分形理论是近年来发展起来的一种广泛的理论，对通孔泡沫材料的孔结构和发泡过程进行了详细的分析，同时结合分形结构和分形动力学的相关理论，简要分析了二者之间的联系，提出了对通孔泡沫结构和孔结构生成过程分析的一个新的途径。     

中低煤阶煤层气储层孔隙结构分段分形特征

为明确韩城、保德区块煤岩孔隙结构分形特征,基于火柴棍模型,推导了新的分形特征表征方法,并利用扫描电镜实验和压汞实验数据对新方法进行验证,在此基础上研究了中、低煤岩孔隙结构分形特征。结果表明,火柴棍模型更能精确表征中、低煤阶煤岩的双重孔隙结构特征。在双对数坐标中,进汞饱和度与毛管压力成双线性关系,即以半径1 μm为界,中低阶煤岩孔隙结构具有分段分形特征,孔隙和裂缝具有不同的分形区间和分形维数。韩城、保德区块裂缝分形维数和孔隙分形维数分别在2.80~2.98和2.17~2.33,且裂缝分形维数随孔隙分形维数增加而增加,两类分形维数均随平均孔隙半径、孔隙度和渗透率的增加依次降低。表明煤岩分形维数可以作为储层评价的关键指标,分形维数越小,储层物性越好。煤岩分形维数能够表征其孔隙结构的非均质性,分形维数越大,孔隙结构非均质性越强。韩城、保德区块割理、裂缝的分形维数远远大于孔隙分形维数。     

井田突出危险性分形预测研究

为准确预测煤与瓦斯突出灾害,作者以某矿井田为例,采用分形几何学手段研究了井田地质构造的分形特征,并将构造分维数与突出危险性作了对比分析;结果表明,该矿井田地质构造具有分形特征,构造分维数能够定量地描述地质构造的复杂程度,构造分维数与瓦斯涌出量及突出危险性间存在正相关关系.     

井田突出危险性分形预测研究

为准确预测煤与瓦斯突出灾害,作者以某矿井田为例,采用分形几何学手段研究了井田地质构造的分形特征,并将构造分维数与突出危险性作了对比分析;结果表明,该矿井田地质构造具有分形特征,构造分维数能够定量地描述地质构造的复杂程度,构造分维数与瓦斯涌出量及突出危险性间存在正相关关系.     

升温氧化过程煤表面介观特征和分形参数研究

将原子力显微镜（AFM）用于煤表面结构研究,提出介观尺度下煤表面结构研究方法. 得出基于分形理论和AFM观测结果计算分形维数D的方法.实验分析证明,煤表面有明显的分形特征,在煤样的升温氧化过程中,分形维数随温度的升高趋于增大.     

煤粉灰分和硫分的分形模型

结合煤粉制备过程的物理实质建立了山西灵石煤原生煤粉和磨制煤粉的灰分、硫分分形模型,分析可知分形维数在表征煤粉灰分、硫分分布特征上有很好的效果,分形函数的统计相关性达0.91以上,有利于了解原生煤粉和磨制煤粉之间的差异.在细粒级别时,煤样的灰分、硫分含量比较大.     

分形维数作为废水絮凝处理效果的表征指标及其影响因素

通过编写MATLAB的二维扩散限制凝聚（DLA）模型程序,对絮体进行模拟仿真,模拟结果表明：絮体呈现内部致密、外部疏松及多孔的结构,用盒子法计算模拟絮体获得的分形维数在1.450～1.725之间。以硫酸铝为絮凝剂处理模拟高岭土废水,利用显微拍摄技术观察絮体结构,并用盒子法计算获得的絮体分形维数在1.36～1.50之间。同时实验考察pH值、絮凝剂用量、混凝温度对絮凝效果的影响,通过单因素实验与正交实验,获得了最佳工艺条件：pH值为6.5,絮凝剂用量为25 mg/L,混凝温度为25℃,在此条件下,高岭土废水经处理后浊度为4.26,絮体的分形维数为1.497。结果表明：絮体的分形维数越大,处理后废水浊度越小。分形维数可作为废水絮凝处理效果的表征指标之一。